網(wǎng)絡(luò )化智能傳感技術(shù)發(fā)展淺析

　?、?互操作性

　　互操作性的含義來(lái)自不同制造廠(chǎng)的現場(chǎng)設備，不僅可以互相通信，而且可以統一組態(tài)，構成所需的控制回路，共同實(shí)現控制策略。

　?、?分散功能塊

　　FCS廢棄了DCS的輸入/輸出單元和控制站，把DCS控制站的功能塊分散地分配給現場(chǎng)儀表，實(shí)現了徹底的分散控制。

　?、?通信線(xiàn)供電

　　現場(chǎng)總線(xiàn)的常用傳輸介質(zhì)是雙絞線(xiàn)，通信線(xiàn)供電方式允許現場(chǎng)儀表直接從通信線(xiàn)上攝取能量。

　?、?開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò )

　　現場(chǎng)總線(xiàn)為開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò )，既可與同類(lèi)網(wǎng)絡(luò )互連，也可與不同網(wǎng)絡(luò )互連，還可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )數據庫共享。

　　3.2 現場(chǎng)總線(xiàn)存在的不足

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)自20世紀80年代產(chǎn)生以來(lái)，一直受到人們的極大關(guān)注，被譽(yù)為自控領(lǐng)域的一次革命。進(jìn)入90年代以來(lái)，現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統一度成為人們的研究熱點(diǎn)，各種各樣的現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品不斷涌現。隨著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統在生產(chǎn)現場(chǎng)的實(shí)際應用，基于現場(chǎng)總線(xiàn)的智能傳感技術(shù)也面臨著(zhù)諸多問(wèn)題。

　　一方面，現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準的制定因技術(shù)、商業(yè)利益等原因造成多標準共存。IEC 61158規定了FF、Profibus等8種現場(chǎng)總線(xiàn)標準，加上IEC TC17已通過(guò)的3種現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準（ICE 62026），導致目前現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準共有12種之多。由于各個(gè)標準采用的通信協(xié)議完全不同，存在著(zhù)智能傳感器的兼容和互換性問(wèn)題，影響了總線(xiàn)式智能傳感器的應用。

　　另一方面，現場(chǎng)總線(xiàn)還存在著(zhù)瓶頸問(wèn)題。表現在：現場(chǎng)總線(xiàn)切斷后，系統有可能產(chǎn)生不可預知的后果；系統組臺參數過(guò)于復雜，且其設定的好壞對系統性能影響很大；生產(chǎn)運行需大量人機數據交換，現場(chǎng)總線(xiàn)系統的通信容量有限，容易造成信息流的阻塞。

　　4、基于IEEE P1451接口標準族的智能傳感技術(shù)

　　IEEE P1451標準族是基于目前現場(chǎng)總線(xiàn)標準不一，各種現場(chǎng)總線(xiàn)標準都有自己規定的通信協(xié)議，互不兼容，從而給智能傳感技術(shù)的應用、擴展和維護等帶來(lái)不利影響的基礎上提出來(lái)的。目的是通過(guò)定義一整套通用的通信接口，大大簡(jiǎn)化由傳感器/執行器構成的各種網(wǎng)絡(luò )控制系統，解決不同網(wǎng)絡(luò )之間的兼容性問(wèn)題，并能夠最終實(shí)現各個(gè)廠(chǎng)家的產(chǎn)品相互之間的互換性與互操作性。

　　4.1 IEEE P1451智能變送器接口標準族簡(jiǎn)介

　　IEEE P1451提議標準族定義了變送器（傳感器或執行器）的軟硬件接口。該組所有標準都支持電子數據表（TEDS）概念，這為變送器提供了自識別（self-identification）和即插即用(plug-and-play)功能。以下是IEEE P1451家族系列標準的簡(jiǎn)要介紹。

　?、拧EEE P1451.0[3]
　　IEEE P1451.0提議標準，即通用的功能、通信協(xié)議和變送器電子數據表格式（Common Functions，Communication Protocols，and Transducer Electronic Data Sheet（TEDS）Formats）。IEEE P1451提議標準族由幾個(gè)標準組成，盡管它們之間有共同的特征，但是卻不存在通用的功能、通信協(xié)議和電子數據表格式的設置，這影響了這些標準之間的互操作性，阻礙了這些標準在用戶(hù)群中的廣泛使用。IEEE P1451.0提議標準就是為解決這一問(wèn)題提出來(lái)的，通過(guò)定義一個(gè)包含基本命令設置和通信協(xié)議的獨立于NCAP到變送器模塊接口的物理層，為不同的物理接口提供通用、簡(jiǎn)單的標準，以達到加強這些標準之間的互操作性。

　?、?IEEE Std 1451.1[4]

IEEE Std 1451.1標準，即智能變送器網(wǎng)絡(luò )應用處理器信息模型（Network Capable Application Processor（NCAP）Information Model for smart transducer），1999年7月通過(guò)了IEEE認可。該標準采用面向對象的方法精確地定義了通用的智能傳感器信息模型，涵蓋了網(wǎng)絡(luò )化變送器的各種應用，通過(guò)一個(gè)標準的應用編程接口（API）來(lái)實(shí)現從模型到網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的映射，采用一系列功能模塊比如I／O驅動(dòng)硬件抽象等來(lái)支持各種各樣的變送器，如圖3所示。

　?、?IEEE Std 1451.2[5]

　　IEEE Std 1451.2標準，即變送器與微處理器通信協(xié)議和變送器電子數據表格式（Transducer to Microprocessor Communication Protocols and Transducer Electronic Data Sheet（TEDS）Formats），1997年9月通過(guò)了IEEE認可。該標準具體定義了電子數據表格式TEDS和一個(gè)10線(xiàn)數字接口TII（Transducer Independent Interface）以及變送器與微處理器間通信協(xié)議（如圖4所示），使智能傳感器／執行器模塊具有了即插即用能力，測控網(wǎng)絡(luò )也可以通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)TEDS來(lái)監測和配置傳感器／執行器通道。